CN112625659A - 一种高导热的导热硅脂及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热的导热硅脂及其制备方法，其中导热硅脂由以下质量份的各组分组成：粉体80‑99份；硅油1‑20份；偶联剂0.01‑5份；所述粉体为氧化锌与金属铝粉直接混合，无需在粉体表面形成氧化膜的混合物，粉体中各组分的质量比为：金属铝粉：80％‑99％；氧化锌：1％‑20％；金属铝粉粒径为1‑30微米，氧化锌粒径为0.1‑5微米。该导热硅脂的导热系数为6.0‑6.5W/m·K，工艺更为简单，价格低，能够满足市场需求。

Description

一种高导热的导热硅脂及其制备工艺

技术领域

本发明涉及高功率电子电气设备用的导热界面材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高导热的导热硅脂及其制备工艺。

背景技术

随着通讯行业的快速发展，芯片的功耗越来越高，热流密度越来越大。如果芯片的热量没办法快速散出去，就会导致芯片超温，从而影响芯片的寿命。

针对通讯产品芯片的散热问题，常用的散热设计是在热源上面安装弹簧螺钉散热器、热管或者VC散热器。而在芯片与散热器之间，不可避免地存在一定的间隙，间隙的存在会导致接触热阻的增加，无疑会严重影响芯片的快速传热。

导热界面材料，主要作用就是降低发热芯片与散热器之间的接触热阻，以达到快速散热的目的。而导热硅脂，作为导热界面材料中的一种，常常用于间隙极薄的场合，通常为0.01-0.3mm之间。由于其高导热系数、低热阻，低BLT而被广泛使用。

导热硅脂，为硅油与填料及其它添加剂混合而成，主要分为两大类：一类是最为常见的氧化铝体系的导热硅脂，其组成一般为硅油+氧化铝+氧化锌+添加剂，此类导热硅脂为绝缘的导热硅脂。另一类为金属铝粉体系的导热硅脂。此类导热硅脂的组成一般为硅油+铝粉+氧化锌+添加剂。相对于氧化铝体系的导热硅脂，金属铝粉的导热硅脂是不绝缘的，但热性能远优于氧化铝体系的导热硅脂，在通信及计算机行业被广泛使用。

在现有高端导热硅脂中，添加物一般为氮化铝或者金属铝粉。相对于氧化铝粉体的导热系数36W/m·K，金属铝粉的导热系数可以达到200W/m·K。市场上现有的氧化铝体系的1-4W/m·K的导热硅脂。

中国专利文献CN111154271A公开了一种高导热性能的导热硅脂及其制备工艺。由以下质量份的各组分组成：粉体60～90份；硅油10～40份；偶联剂1～5份；粉体为氧化铝、氧化锌和石墨粉混合物，其中，粉体由以下重量份各组分组成：氧化铝：20～35份；氧化锌：10～15份；石墨粉：60～70份。该发明通过对多种粉体不同粒径搭配，进一步降低导热硅脂的热阻，加快导热硅脂对热源的热量吸收。氧化铝和氧化锌与石墨粉配合，能够形成一种改性包覆石墨粉。改性包覆石墨粉在导热硅脂的主要成分硅油有着良好的结合界面，有利于其在导热硅脂中的分散，从而降低二者界面之间的接触热阻，提高导热系数。该高导热性能的导热硅脂的导热系数可以在4.5-5W/m·K。但仍然可以有进一步提高的空间。

中国专利文献CN101294067A公开了一种导热硅脂组合物，其组成成分及其重量百分比为：有机硅油5～20％，硅烷偶联剂0.005～1％，导热粉体余量，其中硅烷偶联剂包覆在导热粉体的表面；其中导热粉体由大、中、小三种粒径粉体按照10∶5～1∶5～0.1的体积比组成；大粒径为10.1～50μm，中粒径为1.1～10μm，小粒径为0.1～1μm。该导热粉体中所涉及的金属粉体经过热处理并在金属粉体表面形成一层氧化膜。该金属粉体是指铝、银、铜或镍等金属粉体中的一种或两种以上的混合物，且金属粉体的表面具有厚度为10～200nm的氧化物薄膜。虽然其热导率为5.5-6.9W/m·K，但是该方案需要一个较为复杂的氧化工艺，进而导致了该技术方案生产成本较高，价格较贵，不能满足市场需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高导热的导热硅脂及其制备工艺，一方面，该导热硅脂的导热系数为6.0-6.5W/m·K，另一方面，工艺更为简单，价格低，能够满足市场需求。

所采用的技术方案为：

本发明的一种高导热的导热硅脂，由以下质量份的各组分组成：

粉体80-99份；

硅油1-20份；

偶联剂0.01-5份；

所述粉体为氧化锌与金属铝粉直接混合，无需在粉体表面形成氧化膜的混合物，粉体中各组分的质量比为：

金属铝粉：80％-99％；

氧化锌：1％-20％；

金属铝粉粒径为1-30微米，氧化锌粒径为0.1-5微米。

进一步地，所述金属铝粉粒径为1-20微米。

进一步地，所述金属铝粉由不同粒径的金属铝粉组成的。

进一步地，所述金属铝粉：90-99％；氧化锌1％-10％。

进一步地，所述硅油是乙烯基硅油、含氢硅油、苯甲基硅油、羟基硅油、二甲基硅油、甲基长链烷基硅油或季铵盐烃基改性硅油等的一种或多种混合物。

进一步地，所述偶联剂为辛基三甲氧基硅氧烷与苯基硅氧烷。

进一步地，所述硅油的粘度为100-3000cps。

进一步地，导热硅脂组分中还添加稳定剂、阻燃剂、着色剂、触变剂中的一种或多种组分。

本发明的一种高导热的导热硅脂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将液态硅油与硅烷偶联剂倒入行星动力搅拌机中；

S2.依次加入不同粒径的金属铝粉混合物，并搅拌15分钟；

S3.加入氧化锌粉体，并搅拌15分钟；

S4.最后，整体搅拌30分钟；

S5.将上述步骤S4所得混合物从行星动力搅拌机中转移到三辊研磨机中研磨两遍；

S6.将上述步骤S5研磨所得的混合物从三辊研磨机转移到行星动力搅拌机中搅拌30分钟；

S7.将上述步骤S6最终搅拌所得的混合物整体抽真空30分钟。

进一步地，S2-S3中，加入的金属铝粉体、氧化锌粉体搅拌工艺中所对应的搅拌速度为20-40r/min，分散速度为500-800r/min；

S4中，整体混合物搅拌30分钟中所对应的搅拌速度为30-50r/min，分散速度为600-1000r/min；

S6中，研磨所得的整体混合物所对应的搅拌速度为30-50r/min，分散速度为600-1000r/min；

S7中，抽真空的真空机所对应的真空度为-0.098Mpa。

与现有的技术相比，本发明的导热硅脂的性能有如下优点：

优点a：作为添加物之一的金属铝粉导热系数200W/(M·K)；铝粉的加入使产品整体的导热系数有了较大的提高。

优点b：铝粉的加入有利于其在导热硅脂中的分散，并可由此在导热硅脂中形成一个有效的导热网络，降低界面之间的接触热阻，达到提高导热硅脂导热性能和延长其使用寿命的目的。

优点c：氧化锌的加入，增大了材料的比表面积，降低硅脂本体的热阻，显著地提高热端初始温度的吸收速率，达到快速散热的效果，同时，能够提升导热硅脂的触变性。

本发明将金属铝、氧化锌作为粉体添加物的基本组成，最终在硅油内部形成了均一的分散体系，具有高导热率和良好的触变性，大大提高了导热硅脂的散热效率，具有较强的实用价值。

本发明粉体为氧化锌与金属铝粉直接混合，无需在粉体表面形成氧化膜的混合物，其中金属铝粉80％-99％；氧化锌：1％-20％；该粉体制备而成的高导热硅脂，一方面，该导热硅脂的导热系数为6.0-6.5W/m·K，另一方面，工艺更为简单，价格低，能够满足市场需求。

本发明通过对金属铝粉的多种不同粒径搭配，进一步降低导热硅脂的热阻，加快导热硅脂对热源的热量传递，从而达到快速散热的目的。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

实施例1

本发明的一种高导热的导热硅脂，由以下质量份的各组分组成：

粉体80份；硅油5份；偶联剂1份；

粉体为氧化锌与金属铝粉直接混合，无需在粉体表面形成氧化膜的混合物，粉体中各组分的质量比为：

金属铝粉：90％；氧化锌：10％；

金属铝粉粒径为1-20微米，氧化锌粒径为0.1-5微米。金属铝粉由不同粒径的金属铝粉组成的。

硅油是乙烯基硅油。硅油的粘度为100-3000cps。

偶联剂为辛基三甲氧基硅氧烷与苯基硅氧烷。

该高导热的导热硅脂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将液态硅油与硅烷偶联剂倒入行星动力搅拌机中；

S2.依次加入不同粒径的金属铝粉混合物，并搅拌15分钟；搅拌速度为20-40r/min，分散速度为500-800r/min；

S3.加入氧化锌粉体，并搅拌15分钟；搅拌速度为20-40r/min，分散速度为500-800r/min；

S4.最后，整体搅拌30分钟；搅拌速度为30-50r/min，分散速度为600-1000r/min；

S5.将上述步骤S4所得混合物从行星动力搅拌机中转移到三辊研磨机中研磨两遍；

S6.将上述步骤S5研磨所得的混合物从三辊研磨机转移到行星动力搅拌机中搅拌30分钟；搅拌速度为30-50r/min，分散速度为600-1000r/min；

S7.将上述步骤S6最终搅拌所得的混合物整体抽真空30分钟；真空度为-0.098Mpa。将上述所得的最终混合物封装在200mL罐子里，即得导热硅脂。

实施例2

参照实施例1，与实施例1不同的是，本实施例的高导热的导热硅脂，由以下质量份的各组分组成：粉体90份；硅油10份；偶联剂2份；粉体中各组分的质量比为：金属铝粉：95％；氧化锌：5％。

实施例3

参照实施例1，与实施例1不同的是，本实施例的高导热的导热硅脂，由以下质量份的各组分组成：粉体95份；硅油15份；偶联剂3份；粉体中各组分的质量比为：金属铝粉：96％；氧化锌：4％。

本实施例1-3所制备的导热硅脂，其导热系数为6.0-6.5W/m·K以上，热阻为0.05-0.07℃·cm²/W@40psi，BLT(热界面材料厚度)为0.02-0.04mm@40psi，击穿强度为700-780V/mm。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高导热的导热硅脂，其特征在于，由以下质量份的各组分组成：

粉体80-99份；

硅油1-20份；

偶联剂0.01-5份；

所述粉体为氧化锌与金属铝粉直接混合，无需在粉体表面形成氧化膜的混合物，粉体中各组分的质量比为：

金属铝粉：80％-99％；

氧化锌：1％-20％；

金属铝粉粒径为1-30微米，氧化锌粒径为0.1-5微米。

2.根据权利要求1所述的高导热的导热硅脂，其特征在于，所述金属铝粉粒径为1-20微米。

3.根据权利要求1所述的高导热的导热硅脂，其特征在于，所述金属铝粉由不同粒径的金属铝粉组成的。

4.根据权利要求1所述的高导热的导热硅脂，其特征在于，所述金属铝粉由不同粒径的金属铝粉组成的所述金属铝粉：90-99％；氧化锌1％-10％。

5.根据权利要求1所述的高导热的导热硅脂，其特征在于，所述硅油是乙烯基硅油、含氢硅油、苯甲基硅油、羟基硅油、二甲基硅油、甲基长链烷基硅油或季铵盐烃基改性硅油等的一种或多种混合物。

6.根据权利要求1所述的高导热的导热硅脂，其特征在于，所述偶联剂为辛基三甲氧基硅氧烷与苯基硅氧烷。

7.根据权利要求1所述的高导热的导热硅脂，其特征在于，所述硅油的粘度为100-3000cps。

8.根据权利要求1所述的高导热的导热硅脂，其特征在于，导热硅脂组分中还添加稳定剂、阻燃剂、着色剂、触变剂中的一种或多种组分。

9.一种权利要求1-8任一所述的高导热的导热硅脂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将液态硅油与硅烷偶联剂倒入行星动力搅拌机中；

S2.依次加入不同粒径的金属铝粉混合物，并搅拌15分钟；

S3.加入氧化锌粉体，并搅拌15分钟；

S4.最后，整体搅拌30分钟；

S5.将上述步骤S4所得混合物从行星动力搅拌机中转移到三辊研磨机中研磨两遍；

S6.将上述步骤S5研磨所得的混合物从三辊研磨机转移到行星动力搅拌机中搅拌30分钟；

S7.将上述步骤S6最终搅拌所得的混合物整体抽真空30分钟。

10.根据权利要求9所述的高导热的导热硅脂的制备方法，其特征在于，

S2-S3中，加入的金属铝粉体、氧化锌粉体搅拌工艺中所对应的搅拌速度为20-40r/min，分散速度为500-800r/min；

S4中，整体混合物搅拌30分钟中所对应的搅拌速度为30-50r/min，分散速度为600-1000r/min；

S6中，研磨所得的整体混合物所对应的搅拌速度为30-50r/min，分散速度为600-1000r/min；

S7中，抽真空的真空机所对应的真空度为-0.098Mpa。